(57)【要約】【課題】高画質を維持したまま最大消費電力を抑制する。【解決手段】面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付ける際、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する。このように対応付けられた発光期間で、アクティブマトリクス型の自発光表示装置の発光を制御する。【選択図】図１９
2007025317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置において、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める平均輝度検出部と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付けるルックアップテーブルであって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を記録したルックアップテーブルと、
前記平均輝度検出部で検出された平均輝度レベルに対応する発光期間をルックアップテーブルから読み出し、当該発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する発光期間制御部と
を有することを特徴とする自発光表示装置。
【請求項２】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置において、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める平均輝度検出部と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付ける発光期間算出部であって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を有する関数に従って発光期間を算出する発光期間算出部と、
前記発光期間算出部で算出された発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する発光期間制御部と
を有することを特徴とする自発光表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の自発光表示装置であって、
面単位の平均輝度レベルが１００％輝度レベルの０〜数１０％のとき、発光期間として割り当て可能な最大期間を対応付ける
ことを特徴とする自発光表示装置。
【請求項４】
請求項２に記載の自発光表示装置であって、
面単位の平均輝度レベルが１００％輝度レベルの０〜数１０％のとき、発光期間として割り当て可能な最大期間を対応付ける
ことを特徴とする自発光表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の自発光表示装置であって、
前記発光期間の可変制御範囲を、１００％発光期間の１０％から８０％の間に設定する
ことを特徴とする自発光表示装置。
【請求項６】
請求項２に記載の自発光表示装置であって、
前記発光期間の可変制御範囲を、１００％発光期間の１０％から８０％の間に設定する
ことを特徴とする自発光表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の自発光表示装置であって、
各画素の表示データに応じて発生される電圧値の面単位での最大値を、面単位で検出される平均輝度レベルが大きいほど非線形に低減するように制御する発光レベル制御部
を有することを特徴とする自発光表示装置。
【請求項８】
請求項２に記載の自発光表示装置であって、
各画素の表示データに応じて発生される電圧値の面単位での最大値を、面単位で検出される平均輝度レベルが大きいほど非線形に低減するように制御する発光レベル制御部
を有することを特徴とする自発光表示装置。
【請求項９】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置を駆動する発光条件最適化装置において、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める平均輝度検出部と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付けるルックアップテーブルであって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を記録したルックアップテーブルと、
前記平均輝度検出部で検出された平均輝度レベルに対応する発光期間をルックアップテーブルから読み出し、当該発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する発光期間制御部と
を有することを特徴とする発光条件最適化装置。
【請求項１０】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置を駆動する発光条件最適化装置において、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める平均輝度検出部と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付ける発光期間算出部であって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を有する関数に従って発光期間を算出する発光期間算出部と、
前記発光期間算出部で算出された発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する発光期間制御部と
を有することを特徴とする発光条件最適化装置。
【請求項１１】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置における発光条件を最適化する方法において、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める処理と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付けるルックアップテーブルであって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を記録したルックアップテーブルを参照し、検出された平均輝度レベルに対応する発光期間を読み出す処理と、
読み出された発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する処理と
を有することを特徴とする発光条件最適化方法。
【請求項１２】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置における発光条件を最適化する方法において、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める処理と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付ける発光期間算出部であって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を有する関数に従って発光期間を算出する処理と、
算出された発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する処理と
を有することを特徴とする発光条件最適化方法。
【請求項１３】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置に搭載された演算装置に、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める処理と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付けるルックアップテーブルであって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を記録したルックアップテーブルを参照し、検出された平均輝度レベルに対応する発光期間を読み出す処理と、
読み出した発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する処理と
を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１４】
各画素の発光期間を制御する駆動回路を実装するアクティブマトリクス型の自発光表示装置に搭載された演算装置に、
全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める処理と、
面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付ける発光期間算出部であって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を有する関数に従って発光期間を算出する処理と、
算出された発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を前記駆動回路に出力する処理と
を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の一つの形態は、自発光素子をマトリクス状に配列した自発光表示装置に関する。
また、発明の一つの形態は、自発光表示装置に搭載する発光条件最適化装置及び発光条件最適化方法に関する。また、発明の一つの形態は、自発光表示装置に搭載した演算装置（コンピュータ）に実行させる発光条件最適化用のプログラムに関する。
自発光素子には、例えばＥＬ（Electro Luminescence）素子、ＬＥＤ（Light
Emitting Diode）素子、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）素子、ＦＥＤ（Field Emission Display）素子がある。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、１０Ｖ以下の電圧で数１００ｎｉｔの輝度を得ることができる発光効率に優れた発光素子である。また、有機ＥＬ素子は、コントラスト性能が良好で低階調表示における表示特性が優れている。このため、次世代のフラットパネルディスプレイとして有望視されている。
一方で、発光輝度、コントラスト、消費電力は、発光素子である有機ＥＬ素子の特性に依存する。
【特許文献１】特開２００３−２２８３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、昨今のディスプレイデバイスには、さらなる高輝度化が求められている。これに伴い、有機ＥＬ素子の駆動電圧又は駆動電流は高くなる傾向がある。
しかし、高電圧又は高電流の継続的な印加は、有機ＥＬ素子を劣化させて寿命を早める問題がある。同時に、高電圧又は高電流の継続的な印加は、消費電力を増大させる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明者らは以上の技術課題に着目し、各画素の発光条件を最適化する技術として、以下の処理機能を有するものを提案する。
（ａ１）全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める平均輝度検出部
（ａ２）面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付けるルックアップテーブルであって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を記録したルックアップテーブル
（ａ３）平均輝度検出部で検出された平均輝度レベルに対応する発光期間をルックアップテーブルから読み出し、当該発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を駆動回路に出力する発光期間制御部
【０００５】
また、発明者らは、同等の機能を演算処理を通じて実現できる技術として、以下の処理機能を有するものを提案する。
（ｂ１）全画素の表示データに基づいて面単位の平均輝度レベルを求める平均輝度検出部
（ｂ２）面単位の平均輝度レベルが大きいほど短い発光期間を対応付ける発光期間算出部であって、基準値より大きい平均輝度レベルに対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する対応関係を有する関数に従って発光期間を算出する発光期間算出部
（ｂ３）発光期間算出部で算出された発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号を駆動回路に出力する発光期間制御部
【発明の効果】
【０００６】
これらの技術の採用により、発光期間を面単位の平均輝度レベルに応じて最適化することができる。すなわち、面単位の平均輝度レベルが基準値より大きい画像に対しては、平均輝度レベルが大きいほど発光期間が非線形に短縮される。これにより、表示データを加工しなくても、最大消費電力を一定範囲内に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、発明に係る技術を搭載した有機ＥＬ表示装置について説明する。
なお、本明細書で特に図示又は記載されない部分には、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。
また以下に説明する形態例は、発明の一つの形態例であって、これらに限定されるものではない。
【０００８】
（Ａ）発光期間の可変制御による基本的な効果の説明
まず、発光期間を可変制御することにより得られる基本的な効果を説明する。
図１に、有機ＥＬ素子に流れる駆動電流Ｉelと発光輝度Ｌelとの対応関係を示す。図１に示ように、駆動電流Ｉelと発光輝度Ｌelには比例関係が認められる。
ところで、一般的なディスプレイの階調表示特性には、人間工学的見地から２．２乗の入出力特性が求められる。すなわち、表示データ（入力データ）と発光輝度との間に２．２乗の入出力特性が求められる。この非線形の入出力特性をガンマ特性という。
【０００９】
図２に、階調表示特性を示す。なお、横軸は、階調値の最大値を１００％として表している。例えば、８ビットの表示データ（入力データ）の場合、階調値の“２５５”を１００％として示す。また、縦軸は、階調値の“２５５”に対応する輝度を１００％として示す。
勿論、アクティブマトリクス型の有機ＥＬディスプレイにもこの階調表示特性が求められる。
【００１０】
この階調表示特性は、以下のいずれかの手法により実現される。
（１）表示データ（入力データ）を駆動トランジスタの電圧値に変換するデジタル／アナログ変換回路に２．２乗の特性を持たせる手法
（２）駆動トランジスタのゲート電圧に対するドレイン電流の出力特性に２．２乗の特性を持たせる手法
【００１１】
この階調表示特性により、有機ＥＬディスプレイ全体としての消費電力Ｗelは、個々の有機ＥＬ素子に流れる駆動電流Ielの総和に電源電圧を乗算した値として算出される。すなわち、Ｗel＝ΣＩel・（電源電圧）として算出される。
このことは、消費電力が画面全体の明るさ、言い換えれば１フレーム内のデータ量に比例することを意味する。
【００１２】
従って、発光期間を可変制御（変調）しない場合の消費電力は、平均入力データレベルとの関係において図３に示すようになる。
ここでの平均入力データレベルは、１フレーム（画面）単位の平均輝度レベル（ＡＰＬ：Average Picture Level）を意味する。なお、図３の横軸は、全面白（全画素が１００％輝度）を「１００」とした１００分率で示している。また、図３の横軸は、全面白の消費電力を「１」として、平均入力データレベルＡＰＬの消費電力の値を示している。
【００１３】
このように、１フレームの全期間を発光期間とすると、画面全体の消費電力は、平均入力データレベルＡＰＬの２．２乗で与えられる特性曲線に沿って増加する。
この特性は、発光期間を１フレーム期間の一部に制限する場合にも同様である。図４に、発光期間を１フレーム期間の２５％、５０％、７５％に固定した場合の平均入力データレベルと消費電力との関係を示す。
【００１４】
なお、図４の横軸は、１フレーム期間を１００％とし、発光している期間の割合をパーセント表示したものである。なお、発光期間以外では、有機ＥＬディスプレイは消灯しているものとする。
また、図４の縦軸は、発光期間を１フレーム期間の７５％とする場合に全面白を表示する場合の消費電力を「１００」として表している。
当然ながら、消費電力は、同じ平均入力データレベルでも発光期間が長いほど大きくなっている。
【００１５】
以上より、消費電力の低減には、発光期間の短縮が効果的であることが分かる。
しかし、単純に発光期間を短縮したのでは、十分な発光輝度を得ることができない。すなわち、画質の再現性に問題がある。
そこで、平均入力データレベル（面単位の平均輝度レベル）ＡＰＬに応じて発光期間を能動的に可変制御する。図５に、平均入力データレベルＡＰＬに対する発光期間の対応付け例を示す。
【００１６】
図５は、平均入力データレベルＡＰＬの０％〜１００％に対し、発光期間を１フレーム期間の２５％〜７５％の範囲で可変する例について示す。すなわち、平均輝度が小さいほど発光期間を長くし（７５％）、平均輝度が大きいほど発光期間を短くする（２５％）例について示す。平均輝度が小さい場合の発光期間を長くするのは、低輝度画面でのコントラスト差を十分に確保するためである。例えば小面積の高輝度領域に対して十分な輝度を確保するためである。
図６に、発光期間を平均入力データレベルに応じて可変制御する場合の消費電力を示す。なお、図６には、発光期間をフレーム期間の２５％又は７５％に固定した場合の消費電力（図４）も重ねて示す。
【００１７】
発光期間を可変制御する場合、×印や▲印を結んだ曲線で示すように、消費電力は発光期間をフレーム期間の７５％に固定する場合の４０％以下になる。
なお、図中×印を結んだ曲線は、１フレーム全体が同じデータ値で均一に表示する場合に対応する。このような表示を「フラットフィールド表示」という。図７（Ａ）に表示例を示す。
【００１８】
すなわち、▲印を結ぶ実線は、フラットフィールド表示において、平均入力データレベルが０〜１００％のとき、平均入力データレベルに応じて発光期間を７５％〜２５％まで可変させた場合の消費電力の変化を示している。
このフラットフィールド表示での最大消費電力は、次式で計算される。
最大消費電力＝(消費電力／単位発光期間)・発光期間・(ガンマ値・入力データレベル)
ここで、発光期間は、１フレームの全期間を「１」とする値である。
【００１９】
一方、図中×印を結んだ曲線は、黒レベルを背景とする明るさ１００％の白ウィンドウを、全表示面積に対して０〜１００％の範囲で可変する場合に対応する。このような表示を「ウィンドウ表示」という。図７（Ｂ）に表示例を示す。
すなわち、×印を結ぶ実線は、ウィンドウ表示において、ウィンドウ面積が０〜１００％に応じて、白ウィンドウの発光期間を７５％〜２５％まで可変させた場合の消費電力の変化を示している。
この白ウィンドウ表示での最大消費電力は、次式で計算される。
最大消費電力＝(消費電力／単位発光期間)・発光期間・入力ウィンドウサイズ
【００２０】
以上のように、各画素についての入力データレベルとは独立に面単位での発光期間を制御する手法を採用することにより、有機ＥＬディスプレイのスペックとして最大輝度を低下させることなく、消費電力を抑制することができる。
例えば、発光期間を固定のまま使用する場合の最大消費電力が１００Ｗの場合、発光期間を２５％〜７５％の範囲（ダイナミックレンジは３倍）で変化させることにより、最大消費電力を３３Ｗまで抑制することができる。
【００２１】
（Ｂ）発光条件の最適化処理
前述したように、面単位の平均輝度レベルに対して発光期間を線形に低減することで消費電力を大幅に削減できる。
しかし、面単位の平均輝度レベルは同じでも、白ウィンドウ表示の消費電力は、フラットフィールド表示の消費電力よりも大きくなる。例えば、図８（Ａ）に示す白ウィンドウ表示と図８（Ｂ）に示すフラットフィールド表示は共に平均輝度レベルが５０％であるが、白ウィンドウ表示はウィンドウ内の輝度が高いため２．２乗のガンマ特性（図３）の影響が大きくなる。
【００２２】
このため、図６に示す白ウィンドウ表示の消費電力曲線（×印を結ぶ実線）は上に凸の形状となり、平均入力データレベルの最大値（１００％）よりも小さい値で消費電力が最大になる。すなわち、平均入力データレベルの最大値（１００％）（発光期間は最小値（２５％））について設定した消費電力を越える場合が発生する。
従って、どのような表示態様であったとしても、画質を維持したままで最大消費電力を満たすように発光条件を最適化することが求められる。実際、一般的な表示画像は、フラットフィールド表示と白ウィンドウ表示の中間態様となる。
発明者らは、以上の観点から以下の制御手法を提案する。
【００２３】
（Ｂ−１）形態例１
ここでは、消費電力に影響する２．２乗のガンマ特性を打ち消すように発光期間を制御する手法を説明する。
【００２４】
（ａ）最適化条件
（１）最大輝度
ここでは、有機ＥＬディスプレイとして表示する最大輝度を、平均入力データレベルＡＰＬが最小かつ発光期間が最大の場合に設定する。
なお、一般的な画像の場合、平均入力データレベルＡＰＬが０％（全黒）から１０％の間は、発光期間が可変範囲の最大値に飽和しても、消費電力を低い状態に保つことができるし、視覚的な違和感も生じない。
【００２５】
また、高コントラストを得る意味においても、平均入力データレベルＡＰＬの０％から１０％の範囲を最大値に設定する。
もっとも、発光期間を可変範囲の最大値に設定する範囲の上限は平均入力データレベルＡＰＬの１０％に限る必要はなく、目的や表示画像の内容によっては２０％程度に設定しても良い。
【００２６】
（２）最大消費電力
ここでは、有機ＥＬディスプレイとして共用できる最大消費電力を、平均入力データレベルＡＰＬが最大かつ発光期間が最小の場合に設定する。
この値は、フラットフィールド表示か白ウィンドウ表示かを問わない。すなわち、白ウィンドウ表示でも、平均入力データレベルＡＰＬが最大かつ発光時間が最小の場合が消費電力の最大値を与えるものとする。
【００２７】
（３）発光期間
平均入力データレベル（平均輝度レベル）ＡＰＬの可変範囲に対応付ける発光期間の可変範囲の条件を以下のように設定する。
まず、可変範囲の上限について説明する。
発光期間の最大値を１００％に設定すると、動画再生時に人間の視覚特性により残像が見える可能性がある。このため、有機ＥＬディジプレイは、実際には応答速度が速いにもかかわらず、応答速度が悪いように見える。
【００２８】
そこで、発明者らは、発光期間の最大値は５０％未満が最適であると考える。
ただし、発光期間の可変範囲（ダイナミックレンジ）を広く採る観点から、可変範囲の上限は、１フレーム期間（最大可変期間）の８０％未満に設定することを推奨する。
すなわち、発明者らは、発光期間の最大値を、目的に応じて１フレーム期間の５０％から８０％程度の範囲に設定することを推奨する。
【００２９】
次に、可変範囲の下限について説明する。
発光期間を極端に０％に近づけた場合、短い発光期間で所定の輝度を得るためには、有機ＥＬ素子の電流密度を高くする必要がある。
しかし、電流密度を上げて高輝度を得ることは、同時に輝度劣化を加速する要因となる。また、発光期間が短いと、アクティブマトリクス型の自発光表示（すなわち、線順次発光）でありながら、陰極線管表示のようなインパルス駆動に近い状態となり、結果として垂直走査周波数（フレームレート）が６０Ｈｚの場合に画面のちらつき（フリッカー）が見えて画質を損なう原因になる。
【００３０】
そこで、発明者らは、発光期間の最小値を２５％以上が最適であると考える。
ただし、発光期間の可変範囲（ダイナミックレンジ）を広く採る観点から、可変範囲の下限は、１フレーム期間（最大可変期間）の１０％から３０％程度の間に設定することを推奨する。
すなわち、発光期間の可変範囲を１フレーム期間（最大可変期間）の１０％程度〜８０％程度に設定する。なお、好ましくは、１フレーム期間（最大可変期間）の２５％程度〜７５％程度に設定する。さらに好ましくは、１フレーム期間（最大可変期間）の３０％程度〜５０％程度に設定する。
【００３１】
（４）ガンマ特性の打ち消し
前述したように、平均入力データレベルＡＰＬの０％（全黒）から１０％の間は、発光期間が可変範囲の最大値を割り当てる一方で、平均入力データレベルＡＰＬが１０％以上の区間は、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが大きいほど短い発光期間を対応付ける。
ただし、平均入力データレベルに対して発光期間を線形に割り当てたのでは、前述の最大消費電力を満たすことができない。
【００３２】
そこで、発明者らは、基準値（例えば５０％）より大きい平均入力データレベルに対しては、平均入力データレベルが大きいほど発光期間を非線形に短縮する。すなわち、平均入力データレベルＡＰＬの５０％から１００％の間は、ガンマ特性（２．２乗）を打ち消すような非線形カーブで発光期間を短縮する。なお、このように発光期間を短縮しても、１フレームの画像は２．２乗のガンマ特性を持っているため、画質を損なうことは全くない。
なお、入力データレベルＡＰＬの１０％から５０％の間は、平均入力データレベルが大きいほど発光期間を線形に短縮しても非線形に短縮しても良い。
【００３３】
図９に、以上の発光条件を満たす平均入力データレベルＡＰＬと発光期間との対応関係を示す。
図中、実線で示す曲線が最適化された対応関係である。なお、図中の破線で示す直線が図５で説明した対応関係に対応する。
直線と破線を比較して分かるように、平均入力データレベルＡＰＬの０％〜５０％の間は、破線よりも発光期間が長い。一方、平均入力データレベルＡＰＬの５０％〜１００％の間は、破線よりも発光期間が短くなる。
【００３４】
図１０に、最適化した発光期間（図９）で「フラットフィールド表示」と「白ウィンドウ表示」を表示した場合の消費電力の推移を示す。
図中▲印を結んだ曲線が「フラットフィールド表示」に、図中×印を結んだ曲線が「白ウィンドウ表示」に対応する。
図１０の場合、白ウィンドウ表示の消費電力曲線（×印を結ぶ実線）は、平均入力データレベルの５０％付近から１００％までほぼ平坦化されていることが分かる。
【００３５】
このように、平均入力データレベルの５０％付近から１００％までのガンマ特性（２．２乗）を打ち消すことができた結果、現実の全ての画像表示について最大消費電力を満たすように消費電力を抑制することができる。
すなわち、最大消費電力の抑制と高画質とを両立することが可能となる。
【００３６】
（ｂ）表示装置及び発光条件最適化回路の構成
（１）表示装置の全体構成
ここでは、以上説明した発光条件を満たす制御動作を可能とする装置構成を説明する。
図１１に、有機ＥＬディスプレイ装置の概念構成例を示す。すなわち、図１１は、マトリクス状に配列される画素回路のうちの１つのみを示し、その駆動回路の接続関係を示す。
なお、画素回路は、３トランジスタ構成について示す。
【００３７】
図中、駆動回路は、データ線駆動回路１、走査ライン選択用ゲート線駆動回路３、発光期間制御用ゲート駆動回路５の３つである。
これらの駆動回路の全部又は一部は、駆動ＩＣとしてパネル基板に搭載する。もっとも、これら駆動回路の全部又は一部は、画素回路と共にパネル基板上に形成することも可能である。
【００３８】
画素回路７は、３つのトランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３と、容量素子Ｃ１と、有機ＥＬ素子９とで構成される。これら３つのトランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３はいずれも薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成する。なお、この回路例の場合、トランジスタＴ１にＮチャネル型トランジスタを、トランジスタＴ２、Ｔ３にＰチャネル型トランジスタを用いる。
このうち、トランジスタＴ１は、データ信号（電圧値）の取り込み用である。トランジスタＴ１の制御端子は走査線に接続され、その開閉動作が走査ライン選択用ゲート線駆動回路３により制御される。トランジスタＴ１が閉状態のとき、データ線駆動回路１からデータ線を通じて与えられるデータ信号（電圧値）が容量素子Ｃ１に書き込まれ保持される。
【００３９】
トランジスタＴ２は、有機ＥＬ素子９への駆動電流の供給用である。トランジスタＴ２の制御端子は容量素子Ｃ１の一方の電極と接続されており、有機ＥＬ素子９に供給される駆動電流値を制御する。すなわち、電流密度を制御する。
トランジスタＴ３は、駆動電流の供給と停止（オンとオフ）の制御用である。トランジスタＴ３は、駆動電流の供給経路上に位置する。トランジスタＴ３の制御端子は発光期間制御用ゲート駆動回路５と接続されており、供給経路の開閉動作を制御する。この開閉動作に連動し、有機ＥＬ素子９が点灯又は消灯される。
発光期間の可変制御は、トランジスタＴ３の開閉動作を通じて実現される。
【００４０】
トランジスタＴ３の制御信号は、発光条件最適化回路１１より与えられる。
発光条件最適化回路１１は、データ線駆動回路１に入力される表示データから面単位の平均入力データレベル（平均輝度レベル）を求め、当該平均入力データレベルに適した発光期間を求める回路である。
この発光条件最適化回路１１は、１フレーム期間の２５％〜７５％の範囲で発光期間を可変制御する。すなわち、図１２に示すように、３倍のダイナミックレンジを保持する。
勿論、この発光期間の可変制御は、図９に示すように平均入力データレベルが高い領域では非線形に実行される。
【００４１】
（２）発光条件最適化回路
図１３に、発光条件最適化回路１１の内部構成例を示す。この発光条件最適化回路１１は、輝度データ変換部２１、平均輝度検出部２３、発光期間用ルックアップテーブル２５、発光期間制御部２７で構成する。
このうち、輝度データ変換部２１は、ＲＧＢデータを輝度データ（表示データ）に変換する信号処理部である。この変換処理により、ＲＧＢデータは明度情報のみを有する輝度データ（表示データ）に変換される。
【００４２】
平均輝度検出部２３は、全画素の輝度データに基づいて面単位の平均輝度レベル（平均入力データレベル）ＡＰＬを求める信号処理部である。
発光期間用ルックアップテーブル２５は、図９に対応する対応関係を記憶する記憶領域である。すなわち、発光期間用ルックアップテーブル２５は、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが０％から１０％には７５％の発光期間を対応付ける関係と、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが１０％から５０％には線形に発光期間が短くなる対応関係と、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが５０％から１００％には非線形に発光期間が短くなる対応関係とを記憶する。
【００４３】
発光期間制御部２７は、平均輝度検出部２３で検出された平均輝度レベル（平均入力データレベル）ＡＰＬに対応する発光期間を発光期間用ルックアップテーブル２７から読み出し、当該発光期間で各画素が発光するように制御する制御信号Ｓcontを発光期間制御用ゲート駆動回路５に出力する信号処理部である。
発光期間制御部２７は、例えば読み出された発光期間でパルス幅を変調する回路で構成する。
【００４４】
以上のように、平均入力データレベルＡＰＬと発光期間との対応関係をルックアップテーブルに保存することで発光期間の設定を短時間で完了することができる。また、対応関係がどのような非線形曲線を描く場合にも対応できる。
参考までに、ある画面について検出された平均入力データレベルＡＰＬに対応する発光期間が７０％の場合に有機ＥＬ素子がどのように発光制御されるかを図１４に示す。
【００４５】
図１４（Ａ）は、有機ＥＬディスプレイを構成する個々の画素に対応するデータ信号（電圧値）である。図示したように、データ信号（電圧値）は、各画素に応じて任意の値を採る。
図１４（Ｂ）は、発光条件最適化回路１１が出力する制御信号Ｓcontの信号波形である。この制御信号ＳcontがトランジスタＴ３に与えられ、１フレーム周期の７０％がオン状態に制御される。
【００４６】
図１４（Ｃ）は、各画素に対応する有機ＥＬ素子の点灯・消灯状態を示す信号波形である。トランジスタＴ３がオン状態の間、有機ＥＬ素子には表示データ（電圧値）に応じた駆動電流が流れて発光する。なお、１フレーム周期の残りの３０％は駆動電流が遮断されるため消灯状態になる。
この点灯と消灯動作が有機ＥＬディスプレイの画面全体について実行される。
【００４７】
（ｃ）プログラム
前述の説明では、ルックアップテーブルを使用して対応関係を読み出す方式の発光条件最適化回路について説明した。
しかし、同等の制御は、コンピュータ上で実行されるプログラム処理を通じても実現可能である。もっとも、この構成は、有機ＥＬディスプレイ上にコンピュータ（マイクロプロセッサ）が搭載されていること、演算に要する時間が画面の表示に対して十分短いことが要求される。
【００４８】
図１５に、発光条件の最適化処理プログラムの概略を示す。
まず、プログラムは、表示データとしてのＲＧＢデータを輝度データに変換する（Ｓ１）。
次に、プログラムは、全画素の輝度データに基づいて面単位の平均輝度レベル（平均入力データレベル）ＡＰＬを算出する（Ｓ２）。
【００４９】
続いて、プログラムは、対応画面の表示に使用する発光期間を予め定めた関数を用いて算出する（Ｓ３）。ここでの関数は、図９の対応関係を与える関数である。すなわち、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが０％から１０％には７５％の発光期間を対応付ける関数と、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが１０％から５０％には線形に発光期間が短くなるように発光期間を対応付ける関数と、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが５０％から１００％には非線形に短くなるように発光期間を対応付ける関数である。非線形部分の関数は計算量の観点も考慮することが望ましい。
【００５０】
この後、プログラムは、得られた発光期間でパルス幅を変調し、制御信号Ｓcontを生成する（Ｓ４）。
これら一連の処理を、ファームウェアその他の記憶領域から読み出してプログラムで実行させる方式は、製品出荷後の制御方式の調整や改善が可能な点でも効果的である。
【００５１】
（Ｂ−２）形態例２
続いて、消費電力に影響する２．２乗のガンマ特性を打ち消すように発光期間と発光レベルを制御する手法を説明する。すなわち、形態例２は、発光期間と発光レベルの組み合わせ制御である。この制御方法の場合、いずれか一方のみの制御よりもダイナミックレンジを大きくできる利点がある。
また、制御量のバランスを調整することで、表示画面に応じた画像品質を実現するのにも効果的である。
【００５２】
（ａ）最適化条件
図１６に、この形態例で使用する発光期間と発光レベルの可変条件を示す。
この形態例の場合、発光期間は、平均入力データレベルに応じて１フレーム期間の２５％から７５％の範囲で可変制御する。もっとも、形態例１で説明したように、下限は１０％程度に設定し、上限は８０％程度に設定しても良い。この例の場合も発光期間の可変制御によって輝度レベルのピーク輝度を３倍のダイナミックレンジで可変制御できる。
【００５３】
一方、発光レベルは、平均入力データレベルに応じて発光レベルを発生可能な輝度レベルの５０％から１００％の範囲で可変制御する。この例の場合、発光レベルの可変制御によって輝度レベルのピーク輝度を２倍のダイナミックレンジで可変制御できる。
従って、この形態例では発光期間と発光レベルとの組み合わせ制御によって６倍のダイナミックレンジを実現できる。
このため、表示する画面の内容に応じて、より適切な発光条件を与えることが可能になる。
【００５４】
図１７に、平均入力データレベルＡＰＬに応じて可変制御する発光期間の対応関係を示す。この対応関係は基本的に図９と同じであるので説明は省略する。
図１８に、平均入力データレベルＡＰＬに応じて可変制御する発光レベルの対応関係を示す。発光レベルに関する対応関係もほぼ発光期間とほぼ同様である。
なお、低輝度画面での高輝度小面積部分の輝度を確保するため、平均入力データレベルＡＰＬの０％付近には発光レベルの１００％近辺を割り当てる。
【００５５】
また、平均入力データレベルＡＰＬが０％から徐々に大きくなるのに従って発光レベルも低減し、平均入力データレベルＡＰＬの５０％付近で発光レベルを７５％程度に、平均入力データレベルＡＰＬの７０％付近で発光レベルを６０％程度になる。平均入力データレベルＡＰＬの７０％から１００％の間は、発光レベルの変化が緩やかになるように非線形に低減する。
図１９に、このような対応関係で有機ＥＬ素子の発光を制御した場合の消費電力の変化を示す。
【００５６】
図中▲印を結んだ曲線が「フラットフィールド表示」に、図中×印を結んだ曲線が「白ウィンドウ表示」に対応する。
図１９の場合も、白ウィンドウ表示の消費電力曲線（×印を結ぶ実線）は、平均入力データレベルの５０％付近から１００％までほぼ平坦化されていることが分かる。
このように、平均入力データレベルの５０％付近から１００％までのガンマ特性（２．２乗）を打ち消すことができた結果、現実の全ての画像表示について最大消費電力を満たすように消費電力を抑制することができる。
すなわち、最大消費電力の抑制と高画質とを両立することが可能となる。
【００５７】
（ｂ）表示装置及び発光条件最適化回路の構成
（１）表示装置の全体構成
以上説明した発光条件を満たす制御動作を可能とする装置構成を説明する。
図２０に、有機ＥＬディスプレイ装置の概念構成例を示す。図２０には、図１１との対応部分に同一符号を付して示している。
この有機ＥＬディスプレイ装置は、データ線駆動回路３１、走査ライン選択用ゲート線駆動回路３、発光期間制御用ゲート駆動回路５、画素回路７、発光条件最適化回路３３で構成する。
【００５８】
この形態例に特有の構成部分は、データ線駆動回路３１と発光条件最適化回路３３の２つである。
図２１に、データ線駆動回路３１の内部構成例を示す。このデータ線駆動回路３１は、データスイッチ４１、デジタル／アナログ変換回路４３、サンプルホールド回路４５、バッファアンプ４７で構成される。データスイッチ４１は、デジタル信号形式で入力される表示データ（ＲＧＢ信号に対応する）を画素配列に応じて対応するデータ線に振り分ける回路部である。
【００５９】
なお、データスイッチ４１には、駆動速度を決定するクロックパルスＣＬＫと駆動制御信号ＣＴＬ等が周知の外部システムから与えられる。
デジタル／アナログ変換回路４３は、表示データを電圧値に変換する回路である。この形態例では、最大基準電圧Ｖｒｅｆが発光条件最適化回路３３から与えられる。
【００６０】
すなわち、最大基準電圧Ｖｒｅｆを基準電圧の５０％から１００％の範囲で可変制御する。最大基準電圧Ｖｒｅｆを増減すると、表示データで与えられる階調情報を保持したままで変換出力である電圧値を増減できる。
サンプルホールド回路４５は、対応するデータ線に供給する電圧値を保持する回路である。実際には書き込みようと読み出し用の並列回路で構成される。
バッファアンプ４７は、対応するデータ線に電圧値を供給する増幅回路である。
【００６１】
図２２に、発光条件最適化回路３３の内部構成例を示す。図２２は、図１３との対応部分に同一符号を付して示す。
この発光条件最適化回路３３は、輝度データ変換部２１、平均輝度検出部２３、発光期間用ルックアップテーブル２５、発光期間制御部２７、発光レベル用ＬＵＴ５１、発光レベル制御部５３で構成する。
このうち、形態例に特有の構成部分は、発光レベル用ＬＵＴ５１、発光レベル制御部５３の２つである。
【００６２】
発光レベル用ルックアップテーブル５１は、図１８に対応する対応関係を記憶する記憶領域である。すなわち、発光レベル用ルックアップテーブル５１は、面単位の平均入力データレベルＡＰＬが大きくなるのに従って非線形に減少する対応関係を記憶する。
発光レベル制御部５３は、平均輝度検出部２３で検出された平均輝度レベル（平均入力データレベル）ＡＰＬに対応する発光レベルを発光レベル用ルックアップテーブル５１から読み出し、当該発光レベルで各画素が発光するように基準電圧Ｖｒｅｆを発生してデジタル／アナログ変換回路４３に出力する信号処理部である。
【００６３】
すなわち、この形態例では、発光レベル制御部５３の内部に電圧源が内蔵されているものとする。もっとも、基準電圧Ｖｒｅｆの発生自体は、外部に設けた電圧源で実行し、発光レベル制御部５３は、当該電圧源に対する制御信号の出力のみを制御しても良い。
この場合も、平均入力データレベルＡＰＬに対する発光期間と発光レベルの対応関係をルックアップテーブルに保存することで発光期間の設定を短時間で完了することができる。また、対応関係がどのような非線形曲線を描く場合にも対応できる。
参考までに、ある画面について検出された平均入力データレベルＡＰＬに対応する発光期間が７０％の場合に有機ＥＬ素子がどのように発光制御されるかを図２３に示す。
【００６４】
図２３（Ａ）は、有機ＥＬディスプレイを構成する個々の画素に対応するデータ信号（電圧値）である。図示したように、データ信号（電圧値）は、デジタル／アナログ変換回路４３の基準電圧Ｖｒｅｆで定まる値を上限値として、各画素に応じて任意の値を採る。
図２３（Ｂ）は、発光条件最適化回路３３が出力する発光期間用の制御信号Ｓcontの信号波形である。この制御信号ＳcontがトランジスタＴ３に与えられ、１フレーム周期の７０％がオン状態に制御される。
【００６５】
図２３（Ｃ）は、各画素に対応する有機ＥＬ素子の点灯・消灯状態を示す信号波形である。トランジスタＴ３がオン状態の間、有機ＥＬ素子には表示データ（電圧値）に応じた駆動電流が流れて発光する。なお、１フレーム周期の残りの３０％は駆動電流が遮断されるため消灯状態になる。
この点灯と消灯動作が有機ＥＬディスプレイの画面全体について実行される。
【００６６】
（ｃ）プログラム
前述の説明では、ルックアップテーブルを使用して対応関係を読み出す方式の発光条件最適化回路について説明した。
しかし、同等の制御は、演算装置（コンピュータ）上で実行されるプログラム処理を通じても実現可能である。もっとも、この構成は、有機ＥＬディスプレイモジュール上にコンピュータ（マイクロプロセッサ）が搭載されていること、演算に要する時間が画面の表示に対して十分短いことが要求される。
【００６７】
図２４に、発光条件の最適化処理プログラムの概略を示す。なお、このプログラムでも、発光期間の制御に関する部分は、形態例１の場合（図１５）と同じ処理が実行される。
まず、プログラムは、発光期間と発光レベルの制御に共通する処理として、ＲＧＢデータを輝度データに変換する（Ｓ１１）。
次に、プログラムは、全画素の輝度データに基づいて面単位の平均輝度レベル（平均入力データレベル）ＡＰＬを算出する（Ｓ１２）。
【００６８】
この後、プログラムは、発光期間の制御（Ｓ１３、Ｓ１４）と発光レベルの制御（Ｓ１５、Ｓ１６）を並列に実行する。
まず、発光期間の制御として、プログラムは、対応画面の表示に使用する発光期間を予め定めた関数を用いて算出する（Ｓ１３）。ここでの関数は、図１７の対応関係を与える関数である。勿論、非線形部分の関数は計算量の観点も考慮することが望ましい。
この後、プログラムは、得られた発光期間でパルス幅を変調し、制御信号Ｓcontを生成する（Ｓ１４）。生成された制御信号Ｓcontは、発光期間制御用ゲート駆動回路５に与えられる。
【００６９】
一方、発光レベルの制御として、プログラムは、対応画面の最大発光レベルを予め定めた関数を用いて算出する（Ｓ１５）。この関数は、図１８の対応関係を与える関数である。勿論、非線形部分の関数は計算量の観点も考慮することが望ましい。
この後、プログラムは、得られた最大発光レベルに対応する基準電圧を発生するように電圧源を制御する。
これら一連の処理を、ファームウェアその他の記憶領域から読み出してプログラムで実行させる方式は、製品出荷後の制御方式の調整や改善が可能な点でも効果的である。
【００７０】
（Ｃ）他の形態例
（ａ）前述の形態例では、平均入力データレベル（平均輝度レベル）ＡＰＬの５０％以上の範囲で発光期間を非線形に対応付ける場合について説明した。
しかし、非線形範囲の下限を与える５０％は一例であり、より広い範囲を非線形範囲設定しても良い。例えば、平均入力データレベル（平均輝度レベル）ＡＰＬの１０％以上の範囲で発光期間を非線形に対応付けても良い。
【００７１】
（ｂ）前述の形態例においては、図１１に示す構造の画素回路を用いる場合について説明した。すなわち、トランジスタＴ３を電源電圧Ｖｃｃの供給ラインとトランジスタＴ２の間に接続する場合について説明した。
しかし、有機ＥＬ素子の発光期間と消灯期間を表示データとは独立に制御可能な画素回路には他の回路構成も採用できる。
例えば、図２５に示すように、トランジスタＴ３をカソード電源の供給ラインとトランジスタＴ２との間に接続しても良い。
【００７２】
（ｃ）前述の形態例では、発光レベルを可変制御する際、デジタル／アナログ変換回路４３の基準電圧Ｖｒｅｆを可変制御する場合について述べたが、電流源に流れる電流量を可変制御しても良い。
【００７３】
（ｄ）前述の形態例では、有機ＥＬディスプレイ単独での商品形態について説明した。
しかし、発明に係る技術は、有機ＥＬディスプレイを搭載する各種の発光装置（電子機器）にも適用できる。
例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置、ノート型のコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（携帯型のコンピュータ、携帯電話機、携帯型ゲーム機、電子書籍等）、時計、画像再生装置、モニタ、テレビジョン受像器にも適用できる。
【００７４】
いずれの発光装置の場合にも、筐体と、有機ＥＬディスプレイと、信号処理回路と、入力ポートを有する。例えば、テレビジョン受像器であれば、前述の構成に加え、スピーカやチューナが搭載される。また、ノート型のコンピュータや携帯情報端末は、前述の構成に加え、操作キーや操作ボタンを有する。
また、ビデオカメラやデジタルカメラであれば、前述の構成に加え、撮像カメラや撮像された映像データを記憶媒体に保存するための書き込み回路を有する。また、携帯電話機その他の通信機能を有する電子機器であれば、前述の構成に加え、送受信回路や必要に応じてアンテナを有する。
【００７５】
（ｅ）前述の形態例で説明したプログラムは、記憶媒体に格納して配布しても良い。なお、記憶媒体は、磁気記憶媒体、光学式記憶媒体、半導体記憶媒体その他を含む。
（ｆ）前述の形態例には、発明の趣旨の範囲内で様々な変形例が考えられる。また、本明細書の記載に基づいて創作される各種の変形例及び応用例も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】有機ＥＬ素子に流れる駆動電流Ｉelと発光輝度Ｌelとの対応関係を示す図である。
【図２】階調表示特性を示す図である。
【図３】発光期間を変調しない場合の平均入力データレベルと消費電力との関係を示す図である。
【図４】発光期間を固定的に短縮した場合の平均入力データレベルと消費電力との関係を示す図である。
【図５】平均入力データレベルＡＰＬに対する発光期間の対応付け例を示す図である。
【図６】発光期間を平均入力データレベルに応じて可変制御する場合の消費電力を示す図である。
【図７】フラットフィールド表示と白ウィンドウ表示を説明する図である。
【図８】平均入力データレベルは同じでも消費電力の差が生じる表示例を示す図である。
【図９】平均入力データレベルに対する発光期間を最適化した対応関係の一例を示す図である。
【図１０】最適化条件下での平均入力データレベルと消費電力との対応関係を示す図である。
【図１１】有機ＥＬディスプレイ装置の概念構成例を示す図である。
【図１２】発光期間の可変制御による発光輝度のダイナミックレンジ例を説明する図である。
【図１３】発光条件最適化回路の内部構成例を示す図である。
【図１４】１フレーム期間内の各部の信号レベルと発光状態を説明する図である。
【図１５】発光条件の最適化プログラムで実行する処理手順例を示す図である。
【図１６】発光期間の可変制御と発光レベルの可変制御の組み合わせによる発光輝度のダイナミックレンジ例を説明する図である。
【図１７】平均入力データレベルに対する発光期間を最適化した対応関係の一例を示す図である。
【図１８】平均入力データレベルに対する発光レベルを最適化した対応関係の一例を示す図である。
【図１９】最適化条件下での平均入力データレベルと消費電力との対応関係を示す図である。
【図２０】有機ＥＬディスプレイ装置の概念構成例を示す図である。
【図２１】データ線駆動回路の内部構成例を示す図である。
【図２２】発光条件最適化回路の内部構成例を示す図である。
【図２３】１フレーム期間内の各部の信号レベルと発光状態を説明する図である。
【図２４】発光条件の最適化プログラムで実行する処理手順例を示す図である。
【図２５】有機ＥＬディスプレイ装置の他の概念構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１、３１    データ線駆動回路
３          走査ライン選択用ゲート線駆動回路
５          発光期間制御用ゲート線駆動回路
７          画素回路
１１、３３  発光条件最適化回路
２１        輝度データ変換部
２３        平均輝度検出部
２５        発光期間用ルックアップテーブル
２７        発光期間制御部
４３        デジタル／アナログ変換回路
５１        発光レベル用ルックアップテーブル
５３        発光レベル制御部
【図１】
2007025317.tif 000003
【図２】
2007025317.tif 000004
【図３】
2007025317.tif 000005
【図４】
2007025317.tif 000006
【図５】
2007025317.tif 000007
【図６】
2007025317.tif 000008
【図７】
2007025317.tif 000009
【図８】
2007025317.tif 000010
【図９】
2007025317.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2007025317.tif 000013
【図１２】
2007025317.tif 000014
【図１３】
2007025317.tif 000015
【図１４】
2007025317.tif 000016
【図１５】
2007025317.tif 000017
【図１６】
2007025317.tif 000018
【図１７】
2007025317.tif 000019
【図１８】
2007025317.tif 000020
【図１９】
2007025317.tif 000021
【図２０】
2007025317.tif 000022
【図２１】
2007025317.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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